תרגיל 1
יהיו טבעיים.
מהו מספר הפונקציות שהינן מונוטוניות לא יורדות?
תשובה:
הוכחה:
לפי משפט מההרצאה, מספר הסדרות המונוטוניות לא יורדות באורך מעל הינו .
פונקציה מעל הינה שקולה לסדרה באורך כאשר כל איבר מייצג את בפונקציה.
∎
יהיו טבעיים.
מהו מספר הפונקציות שהינן על?
תשובה:
הוכחה:
נתון כי . על מנת שפונקציה תהא על, נדרש שלכל יהיה קיים כך ש-. על מנת שזה יתרחש נדרש כי . לכן, האופציה היחידה שמתאימה לבעיה שלנו היא .
סידור האיברים בפונקציה הינה כמו סידור איברים בקבוצה, שזוהי בדיוק תמורה. גודל קבוצת כל התמורות הינו ולכן, זהו מספר הפונקציות המתאימות לבעיה שהינן על.
∎
יהיו טבעיים.
מהו מספר הפונקציות שהינן חח"ע?
תשובה:
הוכחה:
פונקציה היא חח"ע אם לכל כך ש- מתקיים . לכן, כל פונקציה על היא בחירה של איברים ללא חזרות מתוך . זה קורה עם חשיבות לסדר.
זה בדיוק . ולפי משפט מההרצאה מתקיים:
∎
יהיו טבעיים.
מהו מספר הפונקציות שלכל מתקיים ?
תשובה:
הוכחה:
נשים לב כי לכל נוכל לבחור .
לכן, ל- נוכל לבחור מתוך אפשרויות. ל- נוכל לבחור מתוך אפשרויות וכך הלאה.
באמצעות עקרון הכפל נקבל:
∎
תרגיל 2
בכמה אפשרויות ניתן לסדר סטודנטים, מרצים ו- תלמידים בשורה ללא מגבלות?
תשובה:
הוכחה:
זהו סידור של אנשים בשורה, כלומר, זה תמורה של ולכן, לפי נוסחה, זה .
∎
בכמה אפשרויות ניתן לסדר סטודנטים, מרצים ו- תלמידים בשורה כך שיהיה רצף של סטודנטים, מרצים ו- תלמידים
תשובה:
הוכחה:
נדרשנו שיהיה רצף של סטודנטים, רצף של מרצים ורצף של תלמידים. כלומר, מכיוון שזהו בדיוק המספר של אנשים בכל קבוצה, קבוצות הסטודנטים, המרצים והתלמידים מופרדות.
יש לנו דרכים לסדר את שלושת הקבוצות(סטודנטים, מרצים ותלמידים) בשורה, כעת נדרש גם לסדר בתוך הקבוצות.
בתוך כל קבוצה הסידור הינו ללא מגבלות, ולכן הוא תמורה של מספר האנשים בקבוצה. לכן נקבל:
∎
בכמה אפשרויות ניתן לסדר סטודנטים, מרצים ו- תלמידים בשורה כך שיש רצף של סטודנטים בדיוק.
כלומר, אין סטודנטים היושבים ברצף.
תשובה:
הוכחה:
נתחיל בלסדר את המרצים והתלמידים. הם לא מחולקים לקבוצות ולכן, מספר האפשרויות הוא כמספר התמורות של . כלומר, .
כעת, נרצה להכניס בין הסידור שלנו את הסטודנטים.
נסתכל על שורת האנשים שסידרנו כשורה של אנשים כאשר ביניהם מקומות להכנסת סטודנטים. לכל "חור" שכזה נוכל להכניס 0 עד 12 סטודנטים.
נסמן כל חור ב- ואת מספר הסטודנטים בכל חור ב-. אזי מתקיים:
∎
תרגיל 3
בחנות ממתקים יש סוכריות לבנות ו- סוכריות שחורות. הסוכריות זהות.
את הסוכריות ניתן לארוז בשקית בצבע זהב או שקית שקופה.
בכמה דרכים ניתן לחלק את הסוכריות ל- שקיות כך שבכל שקית סוכריות ויש לפחות אחת לבנה ואחת שחורה?
תשובה: .
הוכחה:
כל שקית יכולה להיות שקופה או בצבע זהב, זה אפשרויות לכל אחת מ- השקיות. נבחר שקית שקופה כאפשרות הרגילה ואז, לכל שקית נוכל לבחור להחליף את השקית השקופה בשקית זהובה. לכן, יש לנו מחרוזת בינארית של כל פעם שיש שקית שקופה ו- בכל פעם שיש שקית זהובה. נשים את כל האחדים בהתחלה ואז יש לנו אפשרויות למספר האחדים ועוד אפשרות אחת שבה יש רק אפסים. לכן, יש אפשרויות.
בכל שקית נכניס סוכריה אחת לבנה ואחת שחורה, זו אפשרות אחת בלבד.
כעת, לכל שקית יש 2 אפשרויות, הראשונה סוכריה לבנה והשניה שחורה. אך נשים לב כי יש לנו רק סוכריות שחורות, לכן, מכיוון שבכל שקית יש סוכריה אחת שחורה אחת לפחות, בכל שקית יש בדיוק סוכריה אחת שחורה לפי עקרון שובך היונים.
לכן, יש לנו רק אפשרות אחת: 2 סוכריות לבנות וסוכריה אחת שחורה בכל שקית.
לכן, סה"כ, לפי עקרון הכפל, יש לנו אפשרויות.
∎
בחנות ממתקים יש סוכריות לבנות ו- סוכריות שחורות. הסוכריות זהות.
את הסוכריות ניתן לארוז בשקית בצבע זהב או שקית שקופה.
בכמה דרכים ניתן לחלק את הסוכריות ל- שקיות כך שבכל שקית סוכריות ויש לפחות אחת לבנה ואחת שחורה ויש לפחות שקית אחת מכל צבע?
תשובה:
הוכחה:
נשים לב כי כל האפשרויות המקיימות את סעיף זה מקיימות את הסעיף הקודם. כעת, נוסיף את התנאי שיש לפחות שקית אחת מכל צבע.
ישנם שתי אפשרויות בהן התנאי הזה לא מתקיים: הכל אחדים והכל אפסים.
לכן, לפי עקרון ההפרש:
∎
בחנות ממתקים יש סוכריות לבנות ו- סוכריות שחורות. את הסוכריות ניתן לארוז בשקית בצבע זהב או שקית שקופה.
כעת התגלה שבכל אחת מהסוכריות יש פתגם ולכן סוכריות מאותו הצבע אינן זהות.
בכמה דרכים ניתן לחלק את הסוכריות ל- שקיות כך שבכל שקית יש לפחות 3 סוכריות, אחת לבנה ואחת שחורה ועוד אחת לא משנה הצבע?
תשובה:
הוכחה:
נשים לב כי כמו בסעיף א', יש לנו סוכריה שחורה אחת לכל שקית ולכן בכל שקית יהיו שתי סוכריות לבנות ואחת שחורה.
בכל שקית נשים סוכריה שחורה אחת, יש לנו דרך אחת לעשות זאת שכן עד שאנו בוחרים דברים אחרים, כל השקיות "זהות".
כעת, נרצה לחלק את הסוכריות הלבנות, נדרש לשים 2 בכל שקית - נתחיל בלי התייחסות לסדר ואז זה יהיה תמורה של . אך מכיוון שבכל שקית יש לנו 2 אפשרויות לסדר את הכדורים, נחלק ב- כדי למנוע ריבוי אפשרויות. זה מתרחש בכל שקית ולכן בעצם נחלק ב-.
כעת, נדרש לבחור שקית, כל שקית יכולה להיות או שקופה או זהובה. זה שקול למחרוזת בינארית כאשר 0 מייצג שקית שקופה ו-1 מייצג שקית זהובה. מכיוון שכל שקית לא תלויה בשניה, יש לנו .
לכן, לפי עקרון הכפל:
∎
תרגיל 4
תרגיל 5
לפני יוסי מונחות קוביות שונות הממוספרות מ- עד . מצב הקוביות מתועד אחת לדקה באמצעות צילום. ידוע כי בצילום הראשון המבוצע בדקה , אף קוביה אינה מראה את התוצאה .
מטרתו של יוסי היא להביא לכך שבצילום האחרון המבוצע בדקה כל הקוביות יראו את התוצאה .
שני רצפי צילומים נחשבים שונים אם קיים צילום אחד לפחות שבו קובייה כלשהי מראה תוצאה שונה.
יוסי יכול להטיל מחדש כל כמות של קוביות שיבחר בכל דקה. כמה רצפי צילומים שונים בני תמונות קיימים המסתיימים בכך שלא בהכרח כל הקוביות מראות 1?
תשובה:
הוכחה:
נסתכל על צילום יחיד תחילה.
כל קוביה היא מקרה נפרד, לכן, נשתמש בעקרון הכפל. כל קוביה היא מקרה זהה ולכן נקבל כאשר הוא מספר האפשרויות לכל קוביה.
לכל קוביה יש 6 אפשרויות ולכן, . בכך, בכל צילום יש אפשרויות.
ישנם צילומים לאחר הראשון ולכן, גם כן לפי עקרון הכפל, יש .
נוסף לכך, גם המצב ההתחלתי אינו מוגדר ויכול להיות כל מצב של הקוביות חוץ מ-1. לכן מתקיים כי למצב ההתחלתי יש אפשרויות.
לכן, לפי עקרון הכפל יש אפשרויות לרצפים.
∎
לפני יוסי מונחות קוביות שונות הממוספרות מ- עד . מצב הקוביות מתועד אחת לדקה באמצעות צילום. ידוע כי בצילום הראשון המבוצע בדקה , אף קוביה אינה מראה את התוצאה .
מטרתו של יוסי היא להביא לכך שבצילום האחרון המבוצע בדקה כל הקוביות יראו את התוצאה .
שני רצפי צילומים נחשבים שונים אם קיים צילום אחד לפחות שבו קובייה כלשהי מראה תוצאה שונה.
נתון . בכל דקה יוסי בוחר בדיוק קוביה אחת שאינה מראה 1 ומטיל אותה כך שבצילום הבא היא מראה 1. כמה רצפי צילומים שונים קיימים?
תשובה:
הוכחה:
אנו מתחילים מאותו מצב התחלתי כמו בסעיף א', לכן, יש אפשרויות למצב זה.
כעת, אנו מטילים כל קוביה עד שהיא מקבלת את הערך 1 לפני הצילום הבא. בכל צילום אנו משנים קוביה אחת בלבד. לכן, בצילום הראשון יש לנו אפשרויות לבחור, שכן יש 100 קוביות שערכן אינו 1. בצילום השני יש 99 אפשרויות שכן יש קוביה אחת שערכה 1 וכך הלאה.
לכן, יש אפשרויות סה"כ מכיוון שיש צילומים שזה מספיק כדי להפוך את כל הקוביות לערך 1.
לכן, לפי עקרון הכפל יש אפשרויות לרצפי צילומים.
∎
לפני יוסי מונחות קוביות שונות הממוספרות מ- עד . מצב הקוביות מתועד אחת לדקה באמצעות צילום. ידוע כי בצילום הראשון המבוצע בדקה , אף קוביה אינה מראה את התוצאה .
מטרתו של יוסי היא להביא לכך שבצילום האחרון המבוצע בדקה כל הקוביות יראו את התוצאה .
שני רצפי צילומים נחשבים שונים אם קיים צילום אחד לפחות שבו קובייה כלשהי מראה תוצאה שונה.
נתון . בכל דקה יוסי בוחר קבוצה של קוביות הכוללת לפחות קובייה אחת מבין אלו שאינן מראות 1 ומטיל אותן כך שבצילום הבא כולן מראות 1. כמה רצפי צילומים שונים קיימים המסתיימים בתמונה שבה כל הקוביות מראות 1?
תשובה:
הוכחה:
נתון כי ישנם צילומים. בכל צילום חייבת להיות לפחות קוביה אחת שהיא אינה 1 שכן אחרת הוא לא יוכל לגלגל את הקוביות ונתון שבכל דקה יוסי בוחר קבוצה של קוביות לגלגל.
לכן, בצילום ה- בהכרח יש לפחות קוביה אחת שהיא איננה 1. מתוך כך, בצילום ה- יש בהכרח לפחות 2 קוביות שהן אינם 1. וכך הלאה עד שבצילום ה-0 יש . לכן, בכל צילום יוסי בהכרח בוחר קבוצה בעלת קוביה יחידה שהיא אינה 1.
מכיוון שלנו משנה רק השינוי בין כל צילום לצילום, והקוביות שערכן 1 לא משתנות שכן הן נשארות 1, המקרה הזה זהה למקרה של סעיף ב' ולכן התשובה גם פה היא .
∎